Снижение содержания токсичных металлов в шпинате и рисе для детского питания

Рис и шпинат — основные продукты в рационе младенцев и детей младшего возраста, но содержащиеся в них токсичные металлы и металлоиды могут нанести серьезный вред здоровью. В частности, тяжелые металлы, такие как кадмий, свинец, ртуть, и металлоид мышьяк, могут задерживать развитие мозга у детей.

Исследование Университета Делавэра, опубликованное в журнале Environmental Geochemistry and Health, показало, что на затопленных рисовых полях содержание мышьяка выше, а кадмия — ниже. Чем суше поля, тем меньше мышьяка и больше кадмия. Однако повышенное содержание кадмия все равно ниже существующего порога вредного воздействия на здоровье.

Эти данные могут помочь в разработке мер по снижению уровня загрязнителей в продуктах для детей. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) готовится установить новые нормы для содержания мышьяка, кадмия и ртути в детском питании в рамках плана действий Closer to Zero.

Затопление рисовых полей

Рис часто выращивают на сильно увлажненных, затопленных почвах. Кислород в порах почвы быстро замещается водой. Это меняет активность микроорганизмов, которые начинают «дышать» с помощью оксидов железа, придающих почве ржавый цвет.

«Мышьяк очень прочно связывается с этими оксидами железа, — объясняет Анжелия Сейфферт, соавтор исследования. — Когда микроорганизмы используют оксиды железа для дыхания, те переходят из твердой минеральной фазы в раствор. При этом высвобождается и мышьяк, который затем легко поглощается корнями риса и попадает в зерно».

В эксперименте на 18 небольших полях ученые создавали разные условия затопления. Они надеялись найти оптимальный режим орошения, одновременно минимизирующий содержание и мышьяка, и кадмия, но в данной почве такого режима не обнаружили.

Анализ зерна показал: чем сильнее затоплено поле, тем больше в рисе мышьяка и меньше кадмия. Чем поле суше, тем больше кадмия и меньше мышьяка. Однако даже при более высоком содержании кадмия в сухих условиях его концентрация в зерне не представляла угрозы для здоровья человека.

Механизмы процесса:

• При затоплении в почве происходит метаногенез — выработка парникового газа метана. Избыток воды также восстанавливает сульфат до сульфида, что приводит к осаждению кадмия вместе с сульфидом.
• При осушении почвы уровень мышьяка и выбросы метана снижаются. Сульфид окисляется до сульфата, который не образует твердой фазы с кадмием, и кадмий становится доступным для растения.
• Кислород, поступающий в почву при осушении, замедляет микроорганизмы, растворяющие оксиды железа, и меняет химию. Оксиды железа снова становятся твердыми и, подобно фильтру, связывают мышьяк, делая его недоступным для корней.

«По сути, существует проблема выбора: один элемент увеличивается, а другой уменьшается в зависимости от влажности почвы, — говорит Сейфферт. — Нет универсального для всех почв "магического" уровня влажности, который минимизировал бы оба элемента одновременно».

В рамках гранта USDA National Institute of Food and Agriculture исследователи изучают содержание мышьяка в рисе в Арканзасе, работая напрямую с фермерами над разработкой инструментов управления затоплением полей.

Работа со фермерами

В обзорной статье в журнале GeoHealth исследователи сообщают, что производители (в частности, из индустрии шпината в пяти штатах) готовы принимать меры для снижения уровня металлов в урожае, но им нужны стимулы, возможность тестирования и обучение.

Шпинат может поглощать кадмий и свинец из почвы. Ученые изучили, как эти металлы перемещаются в почве и влияют на листовую зелень, и предложили фермерам решения.

Проблемы и решения:

• Кадмий: Его накопление в листьях шпината можно снизить, уменьшив кислотность почвы и промывая листья после сбора урожая.
• Свинец: Его сложнее удалить, но промывка листьев экстрактом лимонного сока может устранить до 26% свинца.
• Осложняющий фактор: Воду для орошения шпината часто хлорируют для дезинфекции. Однако хлорид облегчает проникновение кадмия в корни растения. «Возможно, нам стоит подумать об альтернативных способах дезинфекции поливной воды без использования хлоридов», — отмечает Сейфферт.

Решения должны быть специфичными для конкретных участков, а не универсальными. Фермеры, работающие с небольшой маржой прибыли (как в случае со шпинатом), могут просто переключиться на другую культуру, если нормы будут слишком жесткими.

Исследователи подчеркивают необходимость дальнейших изысканий для поиска оптимальной стратегии орошения, снижающей уровни и мышьяка, и кадмия в рисе, в различных типах почв и полевых условиях.

Сейфферт также предлагает федеральному правительству повторить общенациональное исследование, последний раз проведенное в 1980-х годах FDA, USDA и Агентством по охране окружающей среды США (EPA), по анализу содержания металлов и металлоидов в парных образцах почв и растений на сельскохозяйственных полях по всей стране. С тех пор площади и география выращивания шпината значительно изменились, и некоторые новые почвы могут содержать больше кадмия.